Chicago Üniversitesi'nden (UChicago) araştırmacılar, canlı hücrelerde işlev gören proteinleri başarıyla kuantum biti (kübit) olarak mühendisleyerek, kuantum teknolojisi ile biyolojik sistemlerin entegrasyonunda önemli bir adım attı. Bu çığır açan çalışma, 29 Ağustos 2025 tarihinde Nature dergisinde yayımlandı.
Geleneksel katı hal kuantum sensörlerinin aksine, bu yeni geliştirilen protein tabanlı kübitler, canlı hücrelerin içine genetik olarak kodlanabiliyor. Bu özellik, onları biyolojik ortamların sıcak ve dinamik koşullarında etkili bir şekilde çalışır hale getiriyor. David Awschalom ve Peter Maurer liderliğindeki araştırma ekibi, genetik olarak kodlanmış floresan bir protein üzerine odaklandı. Bu proteinin, çevresel değişiklikleri algılayabilen bir kuantum sensörü olarak işlev görme yeteneğini gösterdiler.
Bu gelişme, biyolojik süreçlere atomik düzeyde içgörü sağlayabilecek kuantum destekli nanometrik manyetik rezonans görüntülemenin (MRI) önünü açabilir. Araştırmacılar, floresan proteinlerin kuantum özelliklerini kullanarak, geleneksel sensörlerin biyolojik sistemlere entegrasyonundaki zorlukların üstesinden gelmeyi hedefledi. Geliştirilen protein kübitleri, hücreler tarafından doğrudan üretilebiliyor ve atomik hassasiyetle konumlandırılabiliyor. Bu yaklaşım, mevcut kuantum sensörlerinden binlerce kat daha güçlü sinyalleri algılama potansiyeli taşıyor.
Nature'da yayımlanan "A fluorescent-protein spin qubit" başlıklı çalışma, geliştirilmiş sarı floresan protein (EYFP) üzerinde yapılan deneyleri detaylandırıyor. Araştırmacılar, optik olarak adreslenebilir spin kübitleri elde ederek, 141 mikrosaniye spin-yüzey gevşeme süresi ve 16 mikrosaniye tutarlılık süresi kaydetti. Bu sonuçlar, floresan proteinleri kuantum sensörleri için umut verici yeni bir platform olarak konumlandırıyor. Özellikle, bu protein kübitlerinin hücre içinde çalışabilmesi, biyolojik süreçlerin kuantum düzeyinde izlenmesine olanak tanıyor.
Bu araştırma, Ulusal Bilim Vakfı'nın Biyofizik ve Biyomühendislik için Kuantum Algılama Amaçlı Kuantum Sıçraması Mücadele Enstitüsü (QuBBE) ve Gordon ve Betty Moore Vakfı tarafından desteklendi. 2021 yılında kurulan QuBBE, kuantum teknolojisinin biyolojideki ilerlemesini ve kuantum iş gücünün yetiştirilmesini amaçlıyor. Canlı hücrelere kuantum sensörlerinin başarılı bir şekilde entegre edilmesi, hem kuantum teknolojisi hem de biyolojik araştırmalar için önemli bir ilerlemeyi temsil ediyor. Bu yenilik, hücresel süreçleri ve hastalık mekanizmalarını daha derinlemesine anlamamızı sağlayarak, yeni tanı ve tedavi yaklaşımlarının önünü açma potansiyeli taşıyor. Örneğin, bu teknoloji sayesinde hücrelerin atomik yapısını ortaya koyan nanometrik MRI'lar geliştirilebilir ve bu da biyolojik araştırmalarda devrim yaratabilir.